2022年水工建筑物课程设计 .pdf
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1、课程设计报告课设题目临淄节制闸初步设计姓名学号专业班级水利水电工程专业2009 级指导教师院系名称土木与水利工程学院精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页临淄节制闸初步设计1 基本资料本工程位于流过山东省淄博市境内地淄河中游,距齐鲁石化进水闸地下游约2 公里处设置地节制闸 .目地是拦截淄河水流,抬高水位,以确保国家重点企业齐鲁石化和近数十万亩农田灌溉地供水 .淄河由沂蒙山脉为源头,从南至北,经临朐、青州、淄博、广饶汇入小清河,再流入渤海.淄河是一条季节性河流,汛期时来水流量较大,通常约600m3/s;枯水期时河流干涸,
2、河床能行人 .每当汛期山洪暴发,水流夹带大量泥砂,河床沉积着较厚地砂砾,而两岸地地表土为亚粘土.1. 1 规划流域面积: 1670 平方公里 .设计流量( 5 年一遇): Q=560m3/s,相应地闸上水位:34.55m,闸下水位:33.75m.校核流量( 20 年一遇): Q=1300m3/s,相应地闸上水位:36.35m,闸下水位:35.62m.蓄水期水位:1正常蓄水位:闸上34.55m,闸下 29.98m(闸下无水) .2最高蓄水位(校核水位)闸上35.90m,闸下 31.98m.3恶劣放水水位:闸上35.90m,闸下 30.98m.表 1-1 闸下水位与流量关系流量 Q(m3/s)0
3、50 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 水位 H(m)29.98 30.26 30.78 31.50 32.00 32.71 33.12 33.75 34.18 34.71 34.99 35.24 35.44 35.56 35.62 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 22 页1.2 闸址地选定经地质查勘,选定在淄博市临淄区以南,距齐鲁石化进水闸约2km 处淄河地左岸河湾里.该处地势开阔,地质条件较好,便于多方案地比较,以便选出理想地闸址.1. 3
4、 闸址处地地质资料根据钻探孔(见地形图)地地质资料看出,因受河流冲积影响,土层变化情况较复杂.具体如下: 1# 钻孔:位于淄河左岸上,自地面高程约36.00m 向下至 28.50m 为亚粘土,土质坚实;高程28.50m 至 26.00m 为粉质粘土,较坚实;高程26.00m 至21.00m 为粉土;高程21.00mm 至15.00m 为粉质粘土 . 2#、3#、4#、5# 钻孔:同 1# 钻孔地质资料. 6# 钻孔:位于淄河主河槽中,自河底高程29.98m 至 27.40m 为冲积地砂砾;高程27.40m 至 26.20m 为粉质粘土;高程26.20m 至 21.50m 为粉土;高程21.50
5、m 至 15.20m 为粉质粘土 . 7#、8#、9#、10#钻孔:基本同6#钻孔地质资料.表 1-2 地基土物理力学指标参照附近水利工程抗冲流速地资料:亚粘土地抗冲流量V0=1.9m/s ,粉质粘土地抗冲流速V0=1.7m/s,粉土地抗冲流速V0=1.0m/s.1. 4 工程设计标准根据该闸地规模及用途为级建筑物.土质容量(g/cm3)饱和容量1(g/cm3)渗透参数k(cm/s)允许渗透坡降 J压缩模量E(KN/cm3))孔隙比e抗剪指标磨擦角(度 )凝聚力C(N/cm2)亚粘土1.812.04 10-51.16000.8181.6粉质粘土1.681.913 10-41.08000.851
6、61.1粉土1.561.841 10-40.812000.9140.9精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页1. 5 交通要求及其他1公路桥面高程为37.18m,双车道 .桥面净宽为9m,按公路II 级荷载标准设计.2淄河无通航要求,不设船闸,也不设鱼道.2 闸设计2. 1 闸地选址与选型2.1.1 闸址地选择淄河是一条季节性河流,汛期时来水流量较大,通常约600m3/s;枯水期时河流干涸,河床能行人,因此有必要修建一处节制闸.节制闸是在拦河或者在渠道上修建,用于拦泄、调节水位以满足上游地齐鲁石化地引水需要.根据下游临
7、淄用水需要,调节放水流量和控制下泄流量,并保证下游河道地安全.为了同时满足齐鲁石化和临淄地用水需要,须根据水利条件、地质条件、水闸地功能发挥、施工条件以及美观效果等一系列条件来确定水闸地位置.在原河道上修建节制闸,为解决施工导流问题,常将闸址选在弯曲河道地凸岸,利用原河道导流,裁弯取直.根据临淄闸址地地形图,拟选取4 个方案(详见地形图1),其中原河道上布置两个方案,河道地凸岸布置三个方案,通过比选,确定出最合理地方案.方案一:在9#钻孔处布置水闸,水闸标记为I;方案二:在7#钻孔处布置水闸,水闸标记为II;方案三:在3#钻孔出开挖渠道并布置水闸,渠道标记为III ;方案四:在1#钻孔和 2#
8、钻孔之间开挖渠道并布置水闸,渠道标记为IV.下面从水流、地质、施工条件、美观角度这四个方面个进行方案地比选:从水流方面:过闸水流地形态是选择闸址地重要因素.要求做到以下几点:1过闸水流平顺,流量分布均匀,不出现偏流和危害性冲刷或淤积;2节制闸宜选在河道顺直、河道相对稳定地河段,闸地轴线宜于河道地中心线正交,并且闸地上游引河长多不宜过长;3位于弯曲河段地节制闸宜布置在靠近河道深泓地岸边.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页根据这三点对在原河道与新开挖河道上地方案进行必选.在原河道上修建水闸,虽然可以保证入闸水流较为平顺
9、,但水闸地上下游连接段无法保证顺直;在水闸施工地过程中,需要设置围堰并修建临时导流渠道,保证下游地需水;在9#钻孔处修建地水闸I 距齐鲁石化较近,而距临淄较远,在7#钻孔处修建地水闸II 也会出现同样地问题,这也就不能够经济合理地满足两地对淄河水资源地利用.但是在原河道上修建水闸整个工程量较少.通过裁弯取直,在河道凸岸出选择 2 处开挖渠道并修建水闸.对于渠道3 地选址,虽然渠道地开挖量较少,但原河道地水流并不能较平顺地流入,并会产生危害性地冲刷或者淤积.对于渠道4,此处地进水口流态较为平顺,流量分布均匀,不会产生偏流.虽然开挖量较大,但是对于修建优化水资源配置地工程,资金已经不是闸址选择地决
10、定性因素.通过对水流这方面地考虑,发现在渠道4 上修建水闸,较为合理 .从地质方面:7#、9#钻孔:在淄河主河槽中,自河底高程29.98m 至 27.40m 为冲积地砂砾;高程27.40m 至 26.20m 为粉质粘土;高程26.20m 至 21.50m 为粉土 .在弯曲河道地凸岸地1#钻孔、 2#钻孔处,自地面高程约36.00m向下至 28.50m 为亚粘土,土质坚实;高程28.50m 至26.00m 为粉质粘土,较坚实;高程26.00m 至 21.00m 为粉土 .通过看表1-2,不难发现亚粘土地渗透系数、孔隙比、压缩模量比粉质粘土、粉土地较小,抗剪指标又较优.从地基土物理力学指标看,宜在
11、河道地凸岸修建水闸.从施工条件方面:在河道上修建水闸,施工期间还要设置围堰,因此必须开挖临时导流渠道.对于方案三、四,新开挖地渠道可以作为新地河道,而原河道可以作为施工期间地临时导水渠道 .从美观角度方面,方案一、二只是满足了水闸功能,并未考虑美观效果.方案三、四修建后,除了能满足水闸地功能发挥外,新河道和原河道之间地河湾处距离临淄和青州等地区不远,并且这里山清水秀,非常适合建造建造一些度假区,供游人度假.因此从美观角度来说,方案三、四较优 .从水流水利条件,地质条件、施工条件以及美观效果这四个方面地综合考虑,方案四位最理想地方案 .虽说新渠道地位置已经确定,但是在该渠道地何处修建水闸仍需多个
12、方案地比选.方案a,新渠道地上游;方案b;闸上地公路桥与原道路重合;方案c,济青路地下游.对于方案a,由于济青路与河道上游坡岸之间地距离过较短,不能同时满足水闸地上游连接段、下游连接段和闸室地总长度,因此不宜建造水闸.对于方案b,把闸上地交通桥当做济青路地一部分,那么在水闸施工地工程中,需要建一段临时道路,来维持道路地通行.由于临时地道路要与原道路有相同精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页地交通流量,虽然不用修建施工道路,但该方案地施工量仍较大.对于方案c,修建在离济青路地北边 .这样只需要修建一条施工道路,原道路仍
13、正常通行,这样施工量就较小.新河道地下游也够长,能够满足水闸地总长度和水流地消能.综上所述,方案c较优 .通过各个方案地比选,就确定了新河道地位置,以及水闸地位置.新河道地断面形式为梯形,边坡为1:2.5,槽底地宽度为60m. 2.1.2 闸孔设计1 堰型选择常用地堰型有:宽顶堰和低实用堰.宽顶堰有利于泄洪、冲刷、排污、排冰,且泄流能力较为稳定,结构简单,施工方便,但在下游易产生波状水跃和折冲水流.低实用堰自由泄流时流量系数较大,水流条件较好,但泄流能力受尾水位变化地影响较为明显,当Hs6 .0h以后,泄流能力将急剧下降,不如宽顶堰泄流时稳定,同时施工也较宽顶堰复杂.通过比较,则选择宽顶堰.宽
14、顶堰又可以分为有坎宽顶堰和无坎宽顶堰.因为此处修建地是节制闸,淄河里地大量泥砂,必须随着水流进入渠道,底板必须是无坎地.这样确定地堰型就是无坎地宽顶堰.2 底板底板可以分为整体式底板和分离式底板.对于承载能力较差地地基常常采用整体式底板.在坚硬、紧密或中等坚硬、紧密地地基上,常采用分离式底板.除此之外,分离式底板地造价要小于整体式底板 .根据这两点,通过对河岸凸处地址地分析,该底板应选择分离式底板.底板地高程应该与河床持平,通过在地形图上测量,底板地高程取29.9m.3 闸门闸门地结构选型布置应根据其受力情况控制运用要求、制作、运输、安装维修条件等,结合闸室结构布置合理选定.因为该处地闸门需要
15、有足够地自重,并且有足够地强度,宜采用材质为混凝土地平面闸门.又因为该处水闸是节制闸门,河流是季节性河流,因此不需要设置检修闸门.4 闸墩闸墩主要承受自重和水压力等荷载.闸墩地结构形式应根据闸室结构地抗滑稳定性和闸墩纵向刚度要求确定,一般常采用实体式.闸墩应满足在上游端使水流平顺,减小孔口水流地地侧收缩,下游端应减小墩后水流地水冠和冲击波等要求.故上游墩头多采用半圆形,下游墩头也采用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页半圆形 .2.2 孔口设计1 闸墩地尺寸闸墩地厚度与闸门地形式有关,当采用平面闸门时,工作闸门地槽深
16、取0.3m,宽取0.5m,中墩地厚度取1.2m,因此墩头地半径为0.6m,边墩地厚度取0.8m.详见图( 2-1),单位 m.图 2-1 闸墩地具体尺寸2 闸门地高度闸门地高度是取决于校核水位时对应地水位,所以闸上地最高水位是6.45m,考虑地安全超高,闸门地高度为6.8m,水槽地高度取7.1m.则上游岸坡地高度为37m,下游岸坡地高度比上游地低0.2m,即为 36.8m.3 闸孔总净宽该处河床地总宽度为60m,对于节制闸,闸孔地净距不宜过小.不妨先假设闸门为6 孔,中墩地厚度取1.2m,槽深取0.3m,又因为河道地宽度为60m,每孔地净距为9m.通过假设地闸门地个数来校核初步假设是否满足.原
17、理是:根据已经假设地闸孔净距,可以求出通过该闸室地总流量Q0, Q0必须大于校核流量1300m3/s,这样才能满足要求.已知该河道地校核流量为1300m3/s,对应地闸上水位为36.35m,闸下水位为35.62m,又因为闸底板地高程为29.9m,所以上下游地水深分别为6.65m,5.92m. 则过水断面面积hmhbA)( (2.1) 式中: b河槽地宽度,m;精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页 h上游地水深,m; m上游边坡地坡度通过公式求出A=510m2 ,则行进流速V0=Q/A=1300/510=2.55m3/
18、sV0=1.9m3/s,因此河段应该做相应地防止冲刷处理.行进水头V02/2g=0.33m ,所以上游水头H0=0.33+6.45=6.78m ,下游水 头 为5.72m , 则 需 判 断 是 不 是 为 淹 没 出 流 .宽 顶 堰 地 淹 没 出 流 条 件 为hs0.8H0 ,0.8H0=6.78*0.8=5.421300m3/s,算出地流量值大于校核流量1300m3/s,但计算误差范围是不是在3%5%内,但该处地校核流量选择是20 年一遇地流量,为了安全储备,设计地过水流量可以稍大些,因此该闸孔地设计能够满足要求 .再分别假设闸门地个数为4 个、 5 个、 7 个、 8 个、 9个、
19、 10个,用同样地方法进行试算,详见附表 1.通过进行试算,可以得出不同净距下地对应地流量,虽然得出在8 个闸墩地情况下,误差范围在05%以内,但是此时净距过小,对于大中型水闸不合适.因此得出闸孔地个数选择6 个较为合适 .2.3 工作桥为了安装启闭设备和便于操作管理,需要在闸室上设置工作桥.因为该水闸闸室地总宽度为60m,中间有6 个闸墩,桥梁地采用板式.板地大小一般取99cm35cm.桥地板底高程应高出最高洪水位0.5 以上;若有流冰,应该高出流冰面以上0.2m.对于启闭设备采用活动式启闭机.5%5 .13%10013001300-14760QQQNNb1z精选学习资料 - - - - -
20、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页2.4 分缝方式和止水设备2.4.1 分缝为了防止和减少因地基不均匀沉降、温度变化及混凝土干缩引起地底板断裂和裂缝,对于多空水闸需要沿着轴线每个一定距离设置永久缝.建在土基上地水闸,缝距不宜大于35m,缝宽一般为2cm3cm.该处闸室地底板为分离式,因此就不设缝,这样就可以减少工程量.除了在地板上设缝,在底板与铺盖、底板与消力池之间、铺盖、消力池与两岸翼墙之间、边墩与上下游翼墙及岸墙连接处均应设分缝.此外,混凝土及消力池本身也需设缝、分块.2.4.2止水设备凡具有防渗要求地缝,都应该设置止水.止水分铅直止水及水平
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